Файлы Gerber представляют собой отдельные векторные графические файлы. Эти файлы определяют внешний вид печатной платы. Файлы Gerber описывают физические параметры, такие как медные дорожки, паяльные маски и шелкография. Производители печатных плат используют эти файлы для контроля каждого этапа производства. Вы можете просматривать эти слои, расположенные сверху вниз, при этом нижние слои зеркально отражены для точности изготовления.
Отдельные файлы для каждого слоя
Для каждой детали вашей печатной платы необходим свой собственный Gerber-файл. Например, у вас должны быть отдельные файлы для верхнего медного слоя, нижнего медного слоя, краски для паяльной маски, белых надписей шелкографии и слоев пасты. Если ваша печатная плата многослойная, вам также понадобятся файлы для внутренних медных слоев! Каждый отдельный слой — это отдельный файл. Это помогает заводу работать с каждой деталью отдельно.
Просмотр слоев Gerber
При просмотре этих файлов с помощью специальной онлайн-программы, программа отображает их все в порядке сверху вниз. Это как смотреть сквозь прозрачное стекло на печатной плате! Такой вид помогает проверить правильность выравнивания контактных площадок, переходных отверстий и дорожек на всех слоях. Это очень важно перед отправкой файлов на завод для изготовления.
Изображения позитивного и негативного слоев
В файлах Gerber для слоев используется либо позитивное, либо негативное изображение. Позитивные слои отображают наличие меди в виде заполненных областей — это характерно для медных слоев, где дорожки и контактные площадки выглядят сплошными. Негативные слои работают наоборот — заполненные области указывают на отсутствие меди. Файлы Gerber для слоя паяльной маски используют негативное изображение, то есть заполненные области представляют собой отверстия, где медь остается открытой.
Соглашения об именовании слоев и расширения файлов
Стандартные расширения файлов Gerber следуют предсказуемым закономерностям. Верхний слой медного покрытия обычно имеет расширение .GTL, нижний слой — .GBL, а маски для пайки — .GTS и .GBS. Различные программные средства используют разные соглашения об именовании — слои Gerber в Kicad используют одну схему, а слои Gerber в Altium — другую. Понимание этих соглашений предотвращает путаницу при организации пакета документов для изготовления микросхем.
Медные слои
Верхний медный слой
Верхний медный слой Gerber содержит все проводящие элементы на верхней поверхности вашей платы. Сюда входят сигнальные дорожки, контактные площадки компонентов, медные заливки и верхние части переходных отверстий. При экспорте слоев Gerber файл GTL определяет, где остается медь после травления.
Нижний медный слой
Нижний медный слой Gerber повторяет функцию верхнего слоя, но с обратной стороны платы. При взгляде сверху этот слой выглядит перевернутым по горизонтали. Все дорожки, контактные площадки и медные заполнения с нижней стороны находятся в этом слое.
Внутренние сигнальные слои
Многослойные платы содержат файлы Gerber внутренних слоев между верхним и нижним медными контактами. Эти слои передают дополнительные сигналы или обеспечивают выделенное пространство для трассировки. Их обозначают как G1, G2, G3 и так далее в зависимости от их положения в стеке. Для изготовления каждого внутреннего сигнального слоя требуется свой собственный файл Gerber.
Плоскости питания и заземления
Для силовых и заземляющих плоскостей часто используется негативное изображение. В этих файлах Gerber для внутренних слоев закрашенные области представляют собой удаление меди, а не ее наличие. Этот негативный формат эффективно описывает большие медные заливки с зазорами для переходных отверстий и дорожек.
Что содержат медные слои?
Все медные слои описывают четыре основных типа элементов. Дорожки — это узкие линии, соединяющие компоненты. Контактные площадки обеспечивают точки крепления выводов компонентов и паяные соединения. Переходные отверстия создают электрические соединения между слоями. Медные заливки заполняют большие площади для распределения питания, заземляющих плоскостей или теплоотвода.
Слои паяльной маски
Верхний слой паяльной маски
Файл Gerber с информацией о верхнем слое защитной маски для пайки указывает на расположение защитного покрытия на верхней поверхности платы. Цель этого слоя — предотвратить образование припойных перемычек во время сборки и защитить медные дорожки от окисления и физических повреждений.
Нижний слой паяльной маски
Нижний слой защитной маски для пайки работает идентично верхнему, но защищает нижнюю сторону. Оба слоя защитной маски для пайки используют одинаковую схему негативного изображения.
Понимание концепции негативного изображения
Слои паяльной маски вводят в заблуждение многих разработчиков, поскольку в них используется негативное изображение. Заполненные области в файлах Gerber с паяльной маской указывают на отверстия — места, куда паяльная маска не будет наноситься. Эти отверстия обнажают медь для крепления компонентов и контрольных точек.
Объяснение принципа работы отверстий в паяльной маске.
Отверстия в паяльной маске появляются там, где на плате требуется открытая медь. Контактные площадки компонентов нуждаются в отверстиях для пайки. Контрольные точки требуют отверстий для доступа щупа. Краевые разъемы нуждаются в открытой меди для сопряжения. Ваше программное обеспечение для проектирования автоматически генерирует эти отверстия на основе расположения контактных площадок и переходных отверстий.
Цвета и виды отделки паяльных масок
Хотя файлы Gerber определяют места отверстий, производители отдельно определяют цвет и отделку. Зеленый остается наиболее распространенным цветом паяльной маски, хотя производители предлагают красный, синий, черный, белый и другие варианты. Структура файла Gerber остается неизменной независимо от выбора цвета.
Слои шелкографии
Верхний слой шелкографии
Верхний слой Gerber-трафаретной печати содержит напечатанные метки, видимые на готовой плате. На зеленых платах этот слой обычно выглядит белым или желтым, но цвет может варьироваться в зависимости от цвета паяльной маски.
Нижний слой шелкографии
Шелкография снизу выполняет ту же функцию, что и шелкография сверху, но располагается на обратной стороне. Во многих односторонних дизайнах этот слой полностью отсутствует, поскольку он не имеет функционального значения.
Содержимое шелкографии
Слой Gerber для шелкографии очень важен для сборщиков.
Этот слой содержит множество элементов, таких как:
- Названия таких компонентов, как R1, C2 и U3.
- Маркировка полярности диодов и конденсаторов.
- Индикатор контакта 1 для основных микросхем.
- Собственный логотип компании.
- А также инструкция по сборке платы.
Почему нижняя шелкография выглядит зеркально отраженной?
При просмотре слоев Gerber сверху вниз нижний слой шелкографии выглядит зеркально отраженным по горизонтали. Это зеркальное отображение гарантирует правильное чтение текста при физическом переворачивании платы.
Когда слои шелкографии являются необязательными.
Можно производить печатные платы без слоев шелкографии. Простые конструкции, платы с ограниченным пространством или изделия, где маркировка ухудшает эстетику, могут полностью исключить шелкографию. Производители принимают конструкции без шелкографии без каких-либо проблем.
Слои паяльной пасты
Верхний слой пасты
Верхний файл Gerber маски для паяльной пасты определяет отверстия трафарета для автоматического нанесения паяльной пасты. Этот слой присутствует только в схемах, использующих технологию поверхностного монтажа (SMT).
Нижний слой пасты
Нижний слой пасты функционирует идентично верхнему слою пасты, но определяет отверстия трафарета для компонентов поверхностного монтажа с нижней стороны.
Назначение трафаретов в производстве
Производители используют файлы Gerber для изготовления трафаретов из металла и пластика. При сборке печатных плат производители выравнивают трафарет по плате. Затем они наносят паяльную пасту через отверстия на контактные площадки.
Различия в размерах отверстий в пасте и паяльной маске
Размеры отверстий в слое припоя обычно немного меньше, чем соответствующие отверстия в паяльной маске. Это уменьшение позволяет контролировать объем припоя, предотвращая его избыток, который может вызвать образование перемычек. В некоторых конструкциях большие контактные площадки разделяются на несколько меньших отверстий для припоя, чтобы еще больше уменьшить объем пасты.
Применение в поверхностном монтаже (SMT)
Паста необходима только для плат, требующих автоматизированной сборки. В платах с выводами для сквозного монтажа или в прототипах, собранных вручную, эти слои можно не использовать. При создании файлов Gerber для SMT-производства всегда включайте оба слоя пасты, если компоненты расположены с обеих сторон платы.
Буровые и фрезерные станки
Напильники для сверления сквозных отверстий с покрытием
Файлы сверления PTH определяют расположение и размеры отверстий для металлизированных компонентов. В процессе изготовления эти отверстия покрываются медью, создавая электрические соединения между слоями. Для выводов компонентов, переходных отверстий и контрольных точек используются металлизированные отверстия.
Непокрытые напильники для сквозных сверл
Файлы сверления NPTH определяют отверстия, которые остаются без покрытия. Монтажные отверстия, отверстия для инструментов и механические элементы обычно используют отверстия без покрытия, чтобы предотвратить нежелательные электрические соединения.
С помощью бурильщиков
В файле для сверления сквозных отверстий (PTH) отображаются переходные отверстия, но они служат определенной цели — соединению слоев, а не монтажу компонентов. В файлах Gerber задаются размеры контактных площадок переходных отверстий на медных слоях, а в файлах для сверления — диаметр отверстия.
Слепые и погребенные благодаря данным бурения
В сложных многослойных конструкциях могут использоваться глухие или скрытые переходные отверстия. Для их изготовления требуются специальные данные сверления, указывающие, к каким слоям подключается каждое переходное отверстие, что увеличивает сложность и стоимость производства.
Файлы для сверления с ЧПУ против файлов Gerber
Традиционно информация о сверлении представлена в формате Excellon, а не Gerber. Эти файлы с расширениями .drl или .txt используют разный синтаксис, но служат одной и той же цели — указывают сверлильным станкам, где нужно сверлить отверстия и какой размер сверла использовать.
Объяснение формата Excellon
В формате Excellon координаты сверла и назначение инструмента указаны в текстовом формате ASCII. Каждый номер инструмента соответствует определенному диаметру сверла. Этот формат файла восходит к более старым сверлильным станкам с ЧПУ, но остается отраслевым стандартом.
Механический и документационный уровни
Слой контура доски
Слой контура платы определяет физические размеры и форму печатной платы. Без этого слоя производители не могут определить, куда следует направлять трассировку отдельных плат с производственных панелей. Этот файл Gerber обычно имеет расширение .GKO или .GM1.
Механические слои для пазов и вырезов
Механические слои описывают неэлектрические элементы, такие как монтажные пазы, большие вырезы для дисплеев или разъемов, а также сложные формы печатных плат. Вы включаете их в свой пакет для изготовления печатных плат наряду со стандартными слоями Gerber.
Слой защиты от проникновения
Слои «Запрещенные зоны» определяют зоны, где компоненты или трассировка невозможны. Хотя это в первую очередь правило проектирования, производители могут запросить этот слой, чтобы понять ограничения сборки или требования к компоновке панелей.
Слои документации
Слои документации содержат удобочитаемую информацию, не используемую непосредственно в процессе изготовления. К ним могут относиться обозначения размеров, примечания или инструкции по сборке, дополняющие информацию, указанную на шелкографии.
Слои сверления и вытяжки
Чертежи сверления показывают расположение, размеры и типы отверстий в наглядном формате, легко воспринимаемом инженерами. Этот слой дополняет машиночитаемые файлы сверления, помогая производителям проверять расположение отверстий перед началом производства.
Примечания и инструкции по изготовлению
В качестве текстовых или графических слоев можно добавить специальные инструкции по изготовлению. В этих примечаниях указываются материалы, отделка, требования к испытаниям или другие детали производства, не отраженные в стандартных слоях Gerber.
Специализированные слои Гербера
Слои сборки
Слои сборки отображают контуры компонентов, обозначения позиций и информацию о размещении. Хотя они похожи на шелкографию, слои сборки используются в производстве, а не для окончательной маркировки платы. Обычно их экспортируют отдельно от стандартных слоев Gerber.
Слои V-образного выреза/надреза
Слои с V-образными надрезами определяют места, где производители должны делать надрезы на вашей доске для легкого отделения от панелей. Эти угловые надрезы позволяют разламывать доски по заранее определенным линиям без фрезеровки.
Слои золотых пальцев
В конструкциях краевых разъемов требуется нанесение золотого покрытия на контактные площадки, определяющее, какие из них будут покрыты твердым золотом. Это специальное покрытие обеспечивает превосходную износостойкость при многократном соединении разъемов.
Слои кромочной обшивки
Слои краевого покрытия определяют края печатной платы, требующие меднения. Этот метод создает проводящие поверхности по периметру платы для экранирования или обеспечения электрической непрерывности.
Слои контрольных точек
Слои контрольных точек определяют конкретные контактные площадки или переходные отверстия, предназначенные для автоматизированного тестирования. Эта информация помогает производителям программировать тестовые приспособления и летающие измерительные щупы.
Количество слоев и сложность печатной платы
Файлы Gerber для однослойных печатных плат
Для однослойных печатных плат не требуется большого количества файлов Gerber. Например, имеется один слой меди, одна паяльная маска, опциональная шелкография, контур платы и файл для сверления. Следовательно, простые платы стоят дешевле, и их можно изготавливать быстрее.
Файлы Gerber для двухслойных печатных плат
Двухслойные платы дополнительно включают в себя нижний медный слой, нижнюю маску для пайки и, при желании, нижнюю шелкографию. Такая конфигурация подходит для большинства любительских и простых коммерческих проектов.
Файлы Gerber для многослойных печатных плат
Теперь поговорим о том, что происходит, когда ваша печатная плата имеет много слоев!
Чем больше слоев на печатной плате, тем больше файлов Gerber требуется для каждого слоя. Шестислойная плата включает файлы для верхнего медного слоя, четырех внутренних слоев и нижнего медного слоя, а также файлы для паяльной маски, шелкографии и пастообразного покрытия. Некоторые очень сложные конструкции могут иметь 20 и более слоев! Для каждого из них требуется свой собственный файл Gerber.
Как количество слоев влияет на возможности проектирования
Эти дополнительные слои обеспечивают больше пространства для трассировки. Это позволяет размещать компоненты ближе друг к другу и создавать более сложные схемы. Внутренние слои можно использовать в качестве специальных плоскостей для питания и заземления. Это улучшает качество сигнала и помогает подавлять электрические помехи.
Различия в производительности в зависимости от количества слоев
Увеличение количества слоев позволяет обеспечить трассировку с контролируемым импедансом, лучшее распределение мощности и улучшенную целостность сигнала. Однако это увеличивает стоимость, время изготовления и сложность конструкции. Выбор количества слоев следует основывать на электрических требованиях, а не на произвольных предпочтениях.
Распространенные расширения файлов слоев Gerber
| Тип слоя | Расширение | Смысл |
| Верхняя медь | .ГТЛ | Верхний слой Gerber |
| Нижняя медь | .GBL | Нижний слой Gerber |
| Верхняя паяльная маска | .ГТС | Верхняя паяльная маска Gerber |
| Нижняя паяльная маска | .ГБС | Нижняя паяльная маска Gerber |
| Топ Шелкография | .ГТО | Накладка Gerber Top |
| Нижняя шелкография | .ГБО | Нижний слой Gerber |
| Верхняя паяльная паста | .ГТП | Верхняя паста Gerber |
| Нижняя паяльная паста | .ФУНТ СТЕРЛИНГОВ | Паста для нижней части тела Gerber |
| Схема доски | .ГКО | Гербер Кик-Оут |
| Файл сверления | .DRL / .TXT | Данные по бурению |
Стандартные расширения
Стандартные расширения, используемые в отрасли, указывают на тип слоя. Например, GTL обозначает верхний медный слой, .GBL — нижний медный слой, .GTS — верхнюю маску пайки, .GBS — нижнюю маску пайки, .GTO — верхнюю шелкографию и .GBO — нижнюю шелкографию. Для внутренних слоев используются расширения .G1, .G2, .G3 и так далее.
Расширения слоев KiCad
При экспорте Gerber-слоев из KiCad программа использует описательные расширения. Это .F.Cu для передней медной поверхности, .B.Cu для задней медной поверхности, .F.Mask для передней маски пайки и .B.Mask для задней маски пайки. Такая система именования улучшает читаемость, но отличается от традиционных стандартов.
KiCad использует очень логичную систему именования, которая включает имя слоя непосредственно в расширение.
- Медь: .F.Cu, .B.Cu
- Паяльная маска: .F.Mask, .B.Mask
- Цвет шелкографии: .F.SilkS, .B.SilkS
- Обрезка кромок: .Edge.Cuts
Расширения слоев Altium Designer
Altium обычно следует стандарту Protel, но использует расширения .GM1, .GM2 и т.д. для... Механические слоиОбычно для обозначения контура платы используется расширение .GM1 вместо .GKO.
Расширения слоя Eagle
В экспорте файлов Gerber для печатных плат используется расширение .cmp для верхнего медного слоя, .sol для нижнего медного слоя, .plc для шелкографии и .stc для паяльной маски. Эти расширения произошли из более старой терминологии печатных плат.
- Высокое содержание меди: .cmp
- Нижний слой меди: .соль
- Верхняя шелкография: .plc
- Верхняя паяльная маска: .stc
Универсальное расширение .GBR
Некоторые программы экспортируют все слои с общим расширением .gbr. Для идентификации слоев они используют имена файлов, а не расширения. Такой подход требует тщательной организации файлов и четкого именования во избежание путаницы.
Из-за путаницы, вызванной всеми этими различными расширениями, в отрасли возникли Гербер Х2.
- Расширение: Все файлы имеют расширение .GBR.
- Вот как это работает: Информация о том, что представляет собой слой, фактически записывается следующим образом: метаданные внутри файла.
- Преимущество: Не стоит беспокоиться о расширениях; программное обеспечение производителя считывает внутренние метки и автоматически идентифицирует слои.
Анализ слоев Gerber
Использование программы просмотра файлов Gerber
Бесплатные программы для просмотра файлов Gerber позволяют проверять файлы перед изготовлением. Эти приложения отображают отдельные слои или объединенные виды, помогая подтвердить проектный замысел. Популярные варианты включают онлайн-программы для просмотра файлов Gerber и загружаемые настольные приложения.
Послойный процесс контроля
Следует проверить каждый слой отдельно. Например, необходимо проверить ширину дорожек, зазоры и расположение элементов. Убедитесь, что медные слои имеют ожидаемую трассировку, паяльные маски имеют соответствующие отверстия, а текст шелкографии остается разборчивым и правильно расположен.
Сравнение слоев для выравнивания
Выравнивание слоев Gerber имеет решающее значение для функциональных плат. Используйте программу просмотра, чтобы наложить несколько слоев друг на друга, проверяя, что контактные площадки совпадают с медными и паяльными слоями, что переходные отверстия соединяют нужные слои, и что отверстия для сверления правильно центрированы на контактных площадках.
Определение функций слоев
Иногда вы получаете файлы Gerber с неясными названиями. Редактор слоев Gerber помогает определить функции слоев, анализируя их содержимое: медные слои содержат дорожки и контактные площадки, маски пайки показывают отрицательные отверстия, шелкография отображает текст и графику.
2D против 3D визуализации
Современные программы для просмотра файлов Gerber предлагают 3D-визуализацию, показывая плату в том виде, в котором она будет выглядеть после изготовления. Такой ракурс помогает выявить проблемы с зазорами, конфликты компонентов и эстетические недостатки, невидимые на 2D-изображениях.
Распространенные проблемы, связанные со слоями.
Отсутствуют необходимые слои
Наиболее распространенная проблема — отсутствие файлов Gerber в вашем технологическом пакете. Производители не могут продолжить работу без файлов контура платы. Отсутствие файлов паяльной маски или сверления создает неопределенность относительно ваших намерений. Перед отправкой убедитесь, что ваш пакет содержит все необходимые слои.
Неправильная полярность слоя
Ошибки полярности слоев возникают, когда положительные слои экспортируются как отрицательные или наоборот. Эта ошибка обычно затрагивает слои паяльной маски, где неправильная полярность приводит к появлению на платах инвертированного покрытия маски — покрытие там, где должно быть отверстие, и отверстие там, где должно быть покрытие.
Неправильно выровненные слои
Несоответствие слоев Gerber различным точкам отсчета приводит к смещению. Это происходит, когда одни слои используют одну систему координат, а другие — другую. В результате медные контактные площадки не центрируются под отверстиями в паяльной маске, а отверстия для пайки не попадают на предназначенные для них площадки.
Неправильное именование слоев
Неоднозначные названия файлов вызывают путаницу и потенциальные ошибки при изготовлении. Когда производители не могут определить, какой файл соответствует какому слою, производство останавливается до уточнения. Используйте четкие, стандартные правила именования, чтобы предотвратить эти задержки.
Путаница между слоем паяльной маски и слоем пасты.
Иногда разработчики путают слой паяльной маски и слой пасты, предоставляя один, когда производителям нужен другой. Паяльная маска определяет постоянное покрытие платы, а слой пасты создает временные трафареты для сборки. Они служат совершенно разным целям.
Рекомендации по управлению слоями Gerber
Проверка наличия всех необходимых слоев.
Перед отправкой файлов составьте контрольный список необходимых слоев. Минимальные требования включают верхний медный слой, контур платы и файл для сверления. Двухслойные платы добавляют нижний медный слой и, как правило, оба слоя припоя. Для SMT-схем требуются слои пасты. Многослойные платы должны содержать все внутренние медные слои.
Использование единых правил именования
Придерживайтесь четкой схемы именования и применяйте ее последовательно во всех проектах. Включайте в имя каждого файла функцию слоя и, если необходимо, название проекта. Такая практика предотвращает путаницу при одновременной работе с несколькими проектами.
Рекомендации по документированию слоев
Создайте простой текстовый файл со списком всех включенных слоев Gerber и их описаниями. Этот файл README поможет производителям убедиться, что они получили полные пакеты, и понять, какие нестандартные имена вы использовали.
Передача требований к слоям производителям
Перед окончательным согласованием файлов Gerber для изготовления печатных плат свяжитесь с производителем. Разные предприятия имеют разные предпочтения в отношении форматов файлов, именования и организации корпусов. Согласование с их требованиями предотвратит задержки в производстве.
Проверка качества перед отправкой
Загрузите весь пакет Gerber в программу просмотра и проведите тщательные проверки. Убедитесь, что размеры платы соответствуют вашему проектному замыслу. Подтвердите правильное выравнивание всех слоев. Проверьте, что отверстия в паяльной маске открывают необходимые контактные площадки. Убедитесь, что текст шелкографии не перекрывает контактные площадки и не выходит за края платы. Проверьте правильность размеров и расположения отверстий для сверления. Эти проверки позволяют выявить большинство проблем со слоями Gerber до того, как они повлияют на производство.
Заключение
Каждый слой Gerber предназначен для определенной цели при изготовлении и сборке печатных плат. Файлы Gerber для верхней и нижней медных участков определяют проводящие пути. Слои паяльной маски защищают медь, одновременно открывая важные точки соединения. Слои шелкографии направляют процесс сборки и обслуживания. Слои пасты обеспечивают автоматизированное нанесение припоя. Файлы сверления определяют соединения между слоями. В совокупности эти слои в формате Gerber предоставляют производителям полные инструкции по сборке ваших плат.
